Основные этапы ферментативного катализа
ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ ФЕРМЕНТАТИВНОГО КАТАЛИЗА
Любая ферментативная реакция протекает через ряд промежуточных стадий. Различают три основных этапа ферментативного катализа:1этап.ОРИЕНТИРОВАННАЯ СОРБЦИЯ СУБСТРАТА НА АКТИВНОМ ЦЕНТРЕ ФЕРМЕНТА С ОБРАЗОВАНИЕМ ОБРАТИМОГО E-S КОМПЛЕКСА (ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО). 2 этап. ХИМИЧЕСКИЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ МОЛЕКУЛЫ СУБСТРАТА В СОСТАВЕ ФЕРМЕНТ-СУБСТРАТНОГО КОМПЛЕКСА С ОБРАЗОВАНИЕМ КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТА С ХИМИЧЕСКИ ПРЕОБРАЗОВАННЫМ СУБСТРАТОМ
3 этап. ДЕСОРБЦИЯ ГОТОВОГО ПРОДУКТА ИЗ ЕГО КОМПЛЕКСА С ФЕРМЕНТОМ E+S=ES=EP=E+P
РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТи ФЕРМЕНТОВ
Существуют различные механизмы регуляции процессов, протекающих в организме.
3 уровня регуляции:
1НЕЙРОГУМОРАЛЬНАЯ регуляция(с участием центральной нервной системы, классических гормонов и гормонов местного действия)2) РЕГУЛЯЦИЯ НА ГЕНЕТИЧЕСКОМ УРОВНЕ - изменение скорости биосинтеза белка.
3)АВТОНОМНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ ФЕРМЕНТОВ.
АВТОНОМНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ - это регуляция, которая происходит благодаря только самим участникам реакции, то есть за счет фермента, его субстрата или продуктов деятельности фермента. Фермент не только работает, но еще и сам себя регулирует.
Механизмы автономной саморегуляции очень многочисленны, но построены на двух основных принципах.
1) Механизмы, основанные на кинетических свойствах фермента,конц-я,скорость-это механизмы КИНЕТИЧЕСКОГО ТИПА.
2)Второй принцип связан с аллостерическими свойствами фермента-способностью фермента угнетаться или активироваться под действием субстрата или продуктов.Это механизмы АЛЛОСТЕРИЧЕСКОГО ТИПА.
Такие аллостерические механизмы есть не у каждого фермента. Они обычно накладываются на механизмы кинетического типа,определяют особенности регуляции данного фермента. Связываются с аллостерическим центром фермента. Происходят изменения конформации аллостерического центра, а затем, через всю молекулу, они передаются на каталитический центр. Изменение конформации каталитического центра вызывает снижение активности фермента
4.ХАРАКТЕРИСТИКА КОНКУРЕНТНЫХ ИНГИБИТОРОВ
Конкурируют с субстратом за обладание активным центром фермента.По структуре они похожи на субстрат. Присоединяются к адсорбционному центру фермента:действуют на стадии I-го этапа ферментативного катализа.Поэтому конкурентные ингибиторы увеличивают конц.и уменьшают сродство фермента к субстрату.Они не изменяют скор.ферментативной реакции:при повышении концентрации субстрата действие конкурентных ингибиторов можно преодолеть-молекулы конкурентного ингибитора постепенно вытесняются субстратом с активного центра фермента.
ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОНКУРЕНТНЫХ (АЛЛОСТЕРИЧЕСКИХ) ИНГИБИТОРОВ
Связываются с аллостерическим центром фермента.Происходят изменения конформации аллостерического центра, а затем, через всю молекулу, они передаются на каталитический центр.Изменение конформации каталитического центра вызывает снижение активности фермента.Поэтому неконкурентные ингибиторы уменьшают скор.протекания II-го этапа ферментативного катализа.Не влияют на конц. и не изменяют сродство фермента к субстрату. 5.КЛАССИФИКАЦИЯ ФЕРМЕНТОВ I класс - ОКСИДОРЕДУКТАЗЫ.К данному классу относятся ферменты, катализирующие окислительно-восстановительные реакции. При окислении может происходить либо отнятие водорода от окисляемого вещества, либо присоединение кислорода к окисляемому веществу. В зависимости от способа окисления различают следующие подклассы оксидоредуктаз:
1) ДЕГИДРОГЕНАЗЫ. Катализируют реакции, при которых происходит отнятие водорода от окисляемого вещества.
2) ОКСИГЕНАЗЫ. Ферменты этого подкласса катализируют включение кислорода в окисляемое вещество.
a) Монооксигеназы - включают один атом кислорода в окисляемое вещество.
б)Диоксигеназы - включают 2 атома кислорода в окисляемое вещество. Часто это сопровождается разрывом циклической структуры. По месту разрыва связи (на рисунке обозначено стрелкой) присоединяются атомы кислорода.
II класс - ТРАНСФЕРАЗЫ
ктализируют реакции переноса химических групп с молекулы одного вещества на молекулу другого вещества.(амино-,фосфотрансферазы)
III класс - ГИДРОЛАЗЫ
Катализируют реакции разрушения химических связей с участием воды.(пептидазы.липазы)
IV класс - ЛИАЗЫ
Катализируют реакции разрушения химических связей без участия воды.(дпгидротаза,синтаза)
V класс - ИЗОМЕРАЗЫ
Катализируют реакции изомерных превращений в 1мол-ле.
СтРОЕНИЕ И СВОЙСТВА БЕЛКОВ.
БЕЛКИ или ПРОТЕИНЫ-это высокомолекулярные азотсодержащие органические вещества, линейные гетерополимеры, структурным компонентом которых являются аминокислоты, связанные пептидными связями.Кроме понятия «белок»,в химии встречается терминыПЕПТИД и ПОЛИПЕПТИД.Пептидом обычно называют олигомер,состоящий не более чем из10аминокислот.Но встречаются и молекулы,содержащие от 10 до 100 аминокислот–они относятся к группе небольших ПОЛИПЕПТИДОВ,крупные же полипептиды могут содержать и более 100 аминокислот.Столько же аминокислот могут содержать и некоторые небольшие белки.Поэтому граница по количеству аминокислотных остатков,а,стало быть,и по молекулярной массе,между белками и полипептидами,весьма условна.
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ БЕЛКОВОЙ МОЛЕКУЛЫ
В основе каждого белка лежит полипептидная цепь.Она не просто вытянута в пространстве,а организована в трехмерную структуру.Поэтому существует понятие о 4-х уровнях пространственной организации белка,а именно-первичной,вторичной,третичной и четвертичной структурах белковых молекул.
ПЕРВИЧНАЯ СТРУКТУРА
Первичная структура белка-последовательность аминокислотных фрагментов,прочно(и в течение всего периода существования белка)соединенных пептидными связями.Существует период полужизни белковых молекул-для большинства белков около 2-х недель.Если произошел разрыв хотя бы одной пептидной связи,то образуется уже другой белок.
ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА
Вторичная структура-это пространственная организация стержня полипептидной цепи.Существуют 3 главнейших типа вторичной структуры:
1)Альфа-спираль-имеет определенные характеристики:ширину,расстояние между двумя витками спирали.Для белков характерна правозакрученная спираль.В этой спирали на 10 витков приходится 36 аминокислотных остатков.У всех пептидов,уложенных в такую спираль,эта спираль абсолютно одинакова.Фиксируется альфа-спираль с помощью водородных связей между NH-группами одного витка спирали и С=О группами соседнего витка.Эти водородные связи расположены параллельно оси спирали и многократно повторяются,поэтому прочно удерживают спиралеобразную структуру.Более того, удерживают в несколько напряженном состоянии(как сжатую пружину).Бета-складчатая структура - или структура складчатого листа.Фиксируется также водородными связями между С=О и NH-группами. Фиксирует два участка полипептидной цепи.Эти цепи могут быть параллельны или антипараллельны.Если такие связи образуются в пределах одного пептида,то они всегда антипараллельны,а если между разными полипептидами,то параллельны.Нерегулярная структура-тип вторичной структуры,в котором расположение различных участков полипептидной цепи относительно друг друга не имеет регулярного(постоянного)характера,поэтому нерегулярные структуры могут иметь различную конформацию.ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРАЭто трехмерная архитектура полипептидной цепи–особое взаимное расположение в пространстве спиралеобразных,складчатых и нерегулярных участков полипептидной цепи.У разных белков третичной структуры различна.В формировании третичной структуры участвуют дисульфидные связи и все слабые типы связей.Выделяют два общих типа третичной структуры:1)В фибриллярных белках(например,коллаген,эластин)молекулы которых имеют вытянутую форму и обычно формируют волокнистые структуры тканей,третичная структура представлена либотройной альфа-спиралью(например,в коллагене),либо бета-складчатыми структурами.2) В глобулярных белках,молекулы которых имеют форму шара или эллипса встречается сочетание всех трех типов структур:всегда есть нерегулярные участки,есть бета-складчатые структуры и альфа-спирали.Обычно в глобулярных белках гидрофобные участки молекулы находятся в глубине молекулы.Соединяясь между собой,гидрофобные радикалы образуют гидрофобные кластеры (центры).Формирование гидрофобного кластера вынуждает молекулу соответствующим образом изгибаться в пространстве.Обычно в молекуле глобулярного белка бывает несколько гидрофобных кластеров в глубине молекулы.Это является проявлением двойственности свойств белковой молекулы:на поверхности молекулы-гидрофильные группировки,поэтому молекула в целом-гидрофильная, а в глубине молекулы-спрятаны гидрофобные радикалы.ЧЕТВЕРТИЧНАЯ СТРУКТУРА
Встречается не у всех белков,а только у тех,которые состоят из двух или более полипептидных цепей.Каждая такая цепь называется СУБЪЕДИНИЦЕЙ данной молекулы(или ПРОТОМЕРОМ).Поэтому белки,обладающие четвертичной структурой,называют ОЛИГОМЕРНЫМИ белками.В состав белковой молекулы могут входить одинаковые или разные субъединицы. Например,молекула гемоглобина «А» состоит из двух субъединиц одного типа и двух субъединиц другого типа,то есть является тетрамером.Фиксируются четвертичные структуры белков всеми типами слабых связей,а иногда еще и дисульфидными связями.НАТИВНОСТЬ-это уникальный комплекс физических,физико-химических,химических и биологических свойств белковой молекулы,который принадлежит ей, когда молекула белка находится в естественном, природном(нативном)состоянии.Например:белок хрусталика глаза-кристаллин-обладает высокой прозрачностью только в нативном состоянии.
ДЕНАТУРАЦИЯ
Для обозначения процесса,при котором нативные свойства белка теряются,используют термин ДЕНАТУРАЦИЯ
ДЕНАТУРАЦИЯ-это лишение белка его природных,нативных свойств,сопровождающееся разрушением четвертичной(если она была),третичной, а иногда и вторичной структуры белковой молекулы,которое возникает при разрушении дисульфидных и слабых типов связей,участвующих в образовании этих структур.Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными связями.Разрушение первичной структуры может произойти только в результате гидролиза белковой молекулы длительным кипячением в растворе кислоты или щелочи
ФАКТОРЫ,ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕНАТУРАЦИЮ БЕЛКОВ Факторы,которые вызывают денатурацию белков,можно разделить на физические и химические.
Физические факторы1.Высокие температуры.Для разных белков характерна различная чувствительность к тепловому воздействию.Часть белков подвергается денатурации уже при 40-500С.Такие белки называют термолабильными.Другие белки денатурируют при гораздо более высоких температурах,они являются термостабильными.2.Ультрафиолетовое облучение
3.Рентгеновское и радиоактивное облучение
4.Ультразвук
5.Механическое воздействие(например,вибрация).
Химические факторы
1.Концентрированные кислоты и щелочи.Например,трихлоруксусная кислота(органическая),азотная кислота(неорганическая).
2.Соли тяжелых металлов(например,CuSO4).
3.Органические растворители(этиловый спирт,ацетон)
4.Растительные алкалоиды.
5.Мочевина в высоких концентрациях
Обратимость денатурации
В пробирке (in vitro) чаще всего это–необратимый процесс.Если же денатурированный белок поместить в условия,близкие к нативным,то он может ренатурировать,но очень медленно,и такое явление характерно не для всех белков
In vivo,в организме,возможна быстрая ренатурация.Это связано с выработкой в живом организме специфических белков,которые узнают структуру денатурированного белка,присоединяются к нему с помощью слабых типов связи и создают оптимальные условия для ренатурации.Такие специфические белки известны как белки теплового шока или белки стресса.
Белки стресса
Существует несколько семейств этих белков,они отличаются по молекулярной массе.Например,известен белок hsp–heatshock protein массой 70 kDa.Такие белки есть во всех клетках организма. Они выполняют также функцию траспорта полипептидных цепей через биологические мембраны и участвуют в формировании третичной и четвертичной структур белковых молекул.Перечисленные функции белков стресса называются шаперонными.При различных видах стресса происходит индукция синтеза таких белков:при перегреве организма(40-440С),при вирусных заболеваниях,отравлениях солями тяжелых металлов,этанолом и дрВ организме южных народов установлено повышенное содержание белков стресса, по сравнению с северной расой.
11.БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ - это совокупность окислительных процессов в живом организме,протекающих с обязательным участием кислорода.Синоним - ТКАНЕВОЕ ДЫХАНИЕ. Окисление одного вещества невозможно без восстановления другого вещества.Окислительно-восстановительных процессов в живой природе очень много.Часть окислительно-восстановительных процессов, протекающих с участием кислорода,относится к биологическому окислению.
ЭТАПЫ КАТАБОЛИЗМА
1-й этап. Образование мономеров из полимеров.
Полимеры>Мономеры
Белк>Аминокислоты
Крахмал>глюкоза Жиры >глицерин + жирные кислоты 2-й этап. Превращение мономеров в ПВК и Ацетил-КоА.
3-й этап. Превращение Ацетил-КоА в конечные продукты катаболизма: СО2 и Н2О.
Для всех классов веществ последний этап катаболизма одинаков: на 3-м этапе образуется большинство субстратов митохондриального окисления и ПВК.
ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ ПИРУВАТА
1-ю реакцию катализирует фермент ПИРУВАТДЕКАРБОКСИЛАЗА (Е1).
Простетической группой пируватдекарбоксилазы является тиаминдифосфат (ТПФ, тиаминпирофосфат, ТДФ) - это активная форма витамина В1. Активная часть ТПФ- тиазоловое кольцо и атом водорода в нем. Пируватдекарбоксилаза отщепляет CO2, а оставшаяся оксиэтильная группа присоединяется к ТПФ.
2-ю и 3-ю реакцию процесса катализирует фермент АЦИЛТРАНСФЕРАЗА(Е2).Простетическая группа ацетилтрансферазы-амид липоевой кислоты.Катализирует перенос оксиэтильного остатка на свой собственный кофермент.В ее составе есть дисульфидная связь.
Ацетил-КоА: исходный субстрат для синтеза ЖК, ТГ, ХС и КТ;уч. в синтезе АЦ.ХОЛ;донор АЦ.Групп.При ац-и чуж.соед; уч. в синтезе АЦ. Глюкозаминов. ДЫХ.ЦЕПЬ: S(H2)-ДГ(НАД)-ДГ(ФАД)-КоQ(УХ)-2цв-2цс1-2цс-2ца-2ца3-1/2 O2
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЦТК
ГЛАВНАЯ РОЛЬ ЦТК-ОБРАЗОВАНИЕ БОЛЬШОГО КОЛИЧЕСТВА АТФ.СИНТЕЗ АТФ.Во внутренней мембране митохондрий расположен интегральный белковый комплексН+-зависимая АТФ-синтаза Н+-зависимая АТФ-аза,обладающий значительной молекулярной Энергия необходима для освобождения АТФ.Эта энергия выделяется в результате тока протонов через протонный канал В дыхательной цепи сопряжение абсолютно:ни одно вещество не может окисляться без восстановления другого вещества.окисление может идти без фосфорилирования,а фосфорилирование без окисления никогда не идёт.
1.ЦТК - главный источник АТФ. Энергию для образования большого количества АТФ дает полный распад Ацетил-КоА до СО2 и Н2О.
2.ЦТК-это универсальный терминальный этап катаболизма веществ всех классов.
3.ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма(промежуточные продукты ЦТК):из цитрата синтез жирных кислот-из aльфа-кетоглутарата и ЩУК-синтез аминокислот-из ЩУК-синтез углеводов-из сукцинил-КоА синтез гема гемоглобина
Способ образования АТФ, когда нет сопряжения с процессами окисления, называется СУБСТРАТНЫМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ (при этом используется макроэргическая связь в молекуле какого-нибудь субстрата).В организмах высших животных и человека этот путь получения АТФ не является главным. Благодаря такому механизму окислительное декарбоксилирование a-кетокислот может считаться энергетически более выгодной, потому что образуется вещество с макроэргической связью - ацетил-КоА. Некоторые синтетазы используют макроэргические связи из Ацетил-КоА или Сукцинил-КоА для реакций биосинтеза. Подгот.реак-окисл-е дек-е пирувата: CH3-C=O-COOH+HAD+HS-KoA _ CH3-C=O-SkoA+ацетил-КоА.3ферм:пвтдг,дегидролипоилдг,дегидролипоилтрансацетилаза. 5коф:НАД(В5),ФАД(В2),ТПФ(В1),липоевая к-та,НСКоА
ГЛАВНАЯ(ПОЛНАЯ)ЦЕПЬ
Синтез АТФ.
Получение тепла(особенно важно для бурого жира и для мышечной ткани птиц). Выполнение осмотической работы(транспорт фосфата в матрикс митохондрии).
Мышечная работа(в некоторых случаях).Для человека наиболее важен синтез АТФ.В полной цепи при окислении субстрата два атома водорода переносятся на НАД– кофермент никотинамидных дегидрогеназ,в полной цепи при передаче двух атомов водорода на кислород воздуха,в межмембранном пространстве оказываются 10 протонов,перенесенных сюда из матрикса.Все переносчики встроены во внутреннюю мембрану митохондрий, кроме никотинамидных дегидрогенказ. потребляют 90-95% кислорода, который используется клеткой.Два атома водорода отнимаются от субстрата и передаются на О2 с образованием Н2О Окислительное фосфорилировавние.Синтез АТФ за счет энергии,которая выделяется в системе МтО-ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ. Основная роль АТФ-обеспечение энергией процесса синтеза АТФ.
Очень важной ф-ей цепи дыхательных катализаторов,связанных с внутренней мембраной митохондрий, является аккумуляция части освобвждающийся энергии в фосфатных связях высокоэргических соединений, главным образом АТФ.Процесс сопряжения тканевого дыхания и фосфолирования получил название окислительного фосфорилирования.уменьшение свободной энергии при переносе одной пары электронов от НАДН2 к О2 способно обеспечить синтез36молекул АТФ.Для оценки эффективности работы системы МтО при окислении вычисляют КОЭФФИЦИЕНТ P/O.Он показывает,сколько молекул неорганического фосфата присоединилось к АДФ в расчете на один атом кислорода.Для главной цепи Р/О=3 окиоляется НАД(пируват,малат,изоцитрат,глутамат) укороченной P/O=2 ок-ся ФАД(сукцинат,ЖК)для максимально укороченнойP/O=1 аск.к-та
Р/О=0-своб.рад.окисл.
Разобщители:физ-е,пат-е
Система МтО потребляет 90% кислорода,поступающего в клетку.При этом в сутки образуется 62 килограмма АТФ.Но в клетках организма содержится всего 20-30граммов АТФ.Поэтому молекула АТФ в сутки гидролизуется и снова синтезируется в среднем 2500 раз (средняя продолжительность жизни молекулы АТФ - полминуты).
15,16.свободно-рад-е ок-е
На его долю приходится 5-10% кислорода, поступающего в организм. АТФ во внемитохондриальном окислении никогда не образуется.
Существуют 2 типа внемитохондриального окисления:
АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА
Кислород–потенциально опасное вещество.Молекулярный кислород О2 и кислород в составе молекулы Н2О-стабильные соединения,химически инертные. Они стабильны, потому что внешняя электронная орбита укомплектована электронами.Полное восстановление кислорода происходит на заключительной стадии МтО.Химические соединения,в составе которых кислород имеет промежуточную степень окисления,имеют высокую реакционную способность и называются АКТИВНЫМИ ФОРМАМИ КИСЛОРОДА
Эти соединения образуются:а)в монооксигеназных реакциях-супероксид-анион,который может отщепляться от активного центра цитохрома Р450.
б)в оксидазных реакциях-образуется пероксидный анион(присоединяя протоны, превращается в перекись водорода).в) в дыхательной цепи МтО может происходить утечка электронов от каких-либо переносчиков-это явление наблюдается при реоксигенации ишемических тканей.
г)активные формы кислорода могут легко переходить друг в друга.Донорами электронов могут являться металлы переменной валентности.
Супероксид,гидр-й.р,перекись в,пероксинитрит,гипохлорид,оксид а.Наиболее химически активным соединением является гидроксильный радикал-сильнейший окислитель.Время его жизни очень короткое,но за это время он мгновенно вступает в цепные окислительные реакции в месте своего образования.Супероксиданион и перекись водорода-более стабильные вещества,могут диффундировать от места образования,проникать через мембраны клеток.Гидроксильный радикал может вызывать неферментативное окисление аминокислотных остатков в белке(гистидина,цистеина,триптофана)-так могут инактивироваться многие ферменты,нарушается работа транспортных белков,происходит нарушение структуры азотистых оснований в нуклеиновых кислотах-страдает генетический аппарат клеток.Окисляются жирные кислоты в составе липидов клеточных мембран-нарушаются физико-химические свойства мембран-проницаемость,рецепторная функция,работа мембранных белков.Особенностью реакций с участием гидроксильных радикалов является их цепной характер (гидроксильный радикал не исчезает,а передается).Активные формы кислорода опасны для клетки,поэтому существуют защитные механизмы(в фагоцитах количество образовавшейся перекиси водорода увеличивается только в момент фагоцитоза).Инактивация активных форм кислорода в клетках происходит под действием АНТИОКСИДАНТНОЙ СИСТЕМЫ.
17.АНТИОКСИДАНТНАЯ СИСТЕМА.
ФЕРМЕНТАТИВНАЯ
a)КАТАЛАЗА-геминовый фермент,содержащийFe3+,катализирует реакцию разрушения перекиси водорода.При этом образуется вода и молекулярный кислород.2Н2О2> H2O + O2 Каталазы много в эритроцитах-там она защищает гем гемоглобина от окисления.б)СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗА-катализирует реакцию обезвреживания двух молекул супероксиданиона,превращая одну из них в молекулярный кислород,а другую-в перекись водорода(менее сильный окислитель,чем супероксиданион).О2. + О2.+ 2Н+> H2O2 + O2
СОД работает в паре с каталазой и содержится во всех тканях.
в)ПЕРОКСИДАЗА-геминовый фермент,восстанавливает перекись водорода до воды,но при этом обязательно идет окисление другого вещества,которое является восстановителем. В организме человека таким веществом является ГЛУТАТИОН-трипептид:гамма-глутамил-цистеил-глицин.Поэтому пероксидазу человеческого организма называют ГЛУТАТИОНПЕРОКСИДАЗА.
SH-группа цистеина, входящего в состав глутатиона,может отдавать 1 атом водорода,а для пероксидазной реакции необходимы 2 атома.Поэтому молекулы глутатиона работают парами.Реакция, катализируемая глутатионпероксидазой:
2Н2О2 + 2Г-SH > H2O + Г-S-S-Г
Регенерация глутатиона идёт с участием НАДФН2, катализирует ее фермент глутатионредуктаза.
Г-S-S-Г + НАДФН2> 2Г-SH + НАДФ
Глутатион постоянно поддерживается в восстановленном состоянии в эритроцитах,где он служит для защиты гема гемоглобина от окисления.
УГЛЕВОДЫ.
Углеводы-производные альдегидо и кето спиртов,наряду с белками и липидами явл-ся важнейшими химическими соединениями живых организмов.В выполняют различные ф-и: энергетическую,структурную и защитную,онк.давл,в сост НК и АТФ,опр.гр.крови.Также используются для синтеза н.к.,являются составными компонентами нуклеотидных коферментов,играющих исключительно важную роль в метаболизме живых существ. Впервые термин углеводы был преложен Шмидтом.Классификация.Углеводы делятся на моно-,олиго-,и полисахариды. Моносахариды, в свою очередь, делятся на Альдозы и кетозы.Можно рассматривать как производные многоатомных спиртов,содержащих карбонильную гр.Если она находится в конце цепи то моносахарид представляет собой альдегид и наз-ся альдозой; при любом другом расположении этой гр-пы моносахарид является кетоном и наз-ся кетозой. Полисахариды гомо(состоят из моносахаридных единиц только одного типа),и гетерополисахариды(хар-но наличие 2-х и более типов мономерных звеньев).Олигосахариды–углеводы,молекулы которых содержат от 2-х до 8-10 остатков моносахаридов,соединенных гликозидными связями.(гетеро и гомополисахариды:гиалур.к-та,хондроэтилсульфат,гепарин)
Гиал-я к-та,хондроэтилсульфат,гепарин19.Переваривание
Углеводы человек получает с пищей в основном в виде полисахаридов(растительного крахмала,клетчатки(целлюлозы),меньше-гликогена),в меньших количествах в виде дисахаридов,и совсем немного-моносахаридов. Переваривание углеводов в желудочно-кишечном тракте человека не относится к метаболизму,поскольку желудочно-кишечный тракт рассматривается как часть внешней среды.
Переваривание начинается в ротовой полости. Слюнными железами выделяется фермент a-амилаза слюны. Этот фермент способен расщеплять a-1,4-гликозидные связи в молекулах растительного крахмала(смесь полисахаридов амилозы и амилопектина)и гликогена(животного крахмала).
Потенциально a-амилаза слюны в ротовой полости способна расщепить пищевой крахмал,гликоген до дисахаридов мальтозы и изомальтозы.
в реальных условиях пища находится в ротовой полости не слишком длительное время и мальтоза не образуется.
В этом случае a-амилаза слюны успевает расщепить только некоторые 1,4-a-гликозидные связи,
и образуются промежуточные продукты расщепления-декстрины- полисахаридные фрагменты различной протяженности. В зависимости от длины их молекулы они могут называться по-разному-более длинные молекулы иногда называют эритродекстринами,более короткие относятся к мальтодекстринам.Затем полупереваренные полисахариды,находящиеся в составе пищевого комка, проглатываются и попадают в желудок.Здесь эффективного переваривания углеводов не происходит,т.к.кислая среда полости желудка и поэтому здесь фермент теряет свою активность. Переваривание углеводов возобновляется при поступлении пищевых масс из желудка в тонкий кишечник. среда в просвете 12-перстной кишки – слабощелочная, завершает расщепление полисахаридов и олигосахаридов до дисахарида мальтозыи+остальные дисахариды, поступившие с пищей расщепляются ферментами пристеночного переваривания углеводов до моносахаридов. Эти ферменты выделяются слизистой оболочкой кишечника в составе кишечного сока.Глюк.перен ч-з Кл ст с пом облегч.диф,GLUT1,2,3,4,5;симпорт;активный тр-т
20. Конц.Глюк в крови.
После всасывания глюкоза по системе воротной вены поступает в печень-основное количество глюкозы откладывается,запасается в виде гликогена,а остальная идёт в общий кровоток. гликоген в печени постепенно распадается до глюкозы-из печени уходит в общий кровоток Эти механизмы поддерживают концентрацию глюкозы в крови на постоянном уровне:3.3-5.5ммоль/л.Под действием инсулина глюкоза проникает в клетки тканей. реакция фосфорилирования глюкозы за счёт АТФ. Фермент,катализирующий эту реакцию- гексокиназа 1.Сделать молекулу глюкозы более способной к химическим реакциям,ослабить в ней химические связи,дестабилизировать её
2.задержать глюкозу в клетке,чтобы она не смогла выйти обратно в кровь (глюкозо-6-фосфат не способен проходить через клеточную мембрану). Фермент,катализирующий обратную реакцию-глюкозо-6-фосфатаза- катализирует обходной обратный путь гексокиназной реакции.Глюкозо-6-фосфатаза есть в печени, почках и слизистой оболочке кишечника.
3.Гексокиназа- ключевой фермент всего метаболизма глюкозы.Он ограничиваетскорость всех путей метаболизма глюкозы в клетке.в печени есть фермент,катализирующий реакцию превращения глюкозы в глюкозо-6-фосфат-глюкокиназа. Конц.глюк поддерж:инсулин,глюкагон
Гипо:алиментарная,заб.киш,охл,физ.нагр,гиперсекр.инс.
Гипер:алим,эмоц,СД,гиперсекр.глюког,глюкокорт.
21.СИНТЕЗ И РАСПАД ГЛИКОГЕНА.
Синтез гликогена протекает в печени, мышцах и в лейкоцитах.После образования глюкозо-6-фосфата-внутримолекулярный перенос остатка фосфорной кислоты из 6-го положения в 1-е. образуется глюкозо-1-фосфат: протекает дополнительная активация глюкозного фрагмента.При этом расходуется 1 молекула УТФ, образуется активированная форма-УДФ-глюкоза:УДФ глюкозный остаток переносится на молекулу гликогена.Удлинение цепи гликогена катализирует фермент гликогенсинтетаза.Гликоген сильно разветвлен.Для формирования ответвлений существует специальный фермент,гликогенветвящий фермент.Молекула гликогена синтезируется постепенное удлинение уже имеющегося кусочка цепи: затравки И при распаде гликогена никогда не происходит полного разрушения его молекул.Для включения одного остатка глюкозы в молекулу гликогена клетка расходует2молекулы АТФ.При распаде гликогена освобождается только неорганический фосфат.ферментом синтеза гликогена является гликогенсинтаза. Регуляция гликогенсинтазы:активируется избытком глюкозо-6-фосфата.Реакция, катализируемая гликогенсинтазой, необратима.
гликоген способен распадаться.Для этого существует обратный путь.ферментом является гликогенфосфорилаза.Этот фермент расщепляет молекулу гликогена до глюкозо-1-фосфата и гликогена,укороченного на один глюкозный фрагмент.Регуляция гликогенфосфорилазы:угнетается избытком АТФ, активируется избытком АДФ.
22.АНАэробныйраспад глюкозыГл-а ключевым в-ом обмена в организме.Процесс протекает в цитоплазме,эритр,мышци,опхоль.Глюкоза расщепляется до 2-х молекул ПВК,которые в зависимости от типа клеток могут превращаться в молочную кислоту, спирт- выделяется энергия частично запасается в 2-х молекулах АТФ,частично расходуется в виде тепла. Бескислородные процессы-брожением.(молочнокислое).В результате ступенчатого расщепления глюкозы образуется2молекулы ПВК. ещё освобождается 4 атома водорода, которые соединяются с переносчиком НАД+, и образуется 2НАД*Н+Н+.В анаэробных условиях ПВК превращается в молочную к-ту и этанол.+2АТФЕсли же процесс идет в аэробных условиях то ПВК и2НАД*Н+Н+ вступают в р-ю биологического окисления(2*3АТФ)
23.Аэробный распад глюкозы. Биологическое окисление протекает в митохондриях. ПВК поступает в митохондрии где преобразуется в уксусную к-ту соединяется с ферментом переносчиком и входит в серию циклических р-й –ЦТК.В результате эти р-й при участии кислорода образуются СО2 иН2О.на кристах митохондрий за счет выделяющийся энергии синтезируется 36АТФ при расщеплении глюкозы на 2-х этапах образуется суммарно 38АТФ,основная часть при кислородном окислении.Процесс биологического окисления наз-ся дыханием.
Эффект Пастера-переход на Ур пирувата с анаэр.глик.в присут.О2-реак.ок-го декарб-я пирувата. снижение скорости потребления глюкозы,прекращение накопления лактата в присутствии кислорода.О2 тормозит анаэробный гликолиз.Переход в присутствии О2от анаэробного гликолиза или брожения к дыханию,состоит в переключении клетки на более экономный путь получения энергии.В аэробных условиях гораздо успешнее чем в анаэробных происходит генерация АТФ,удаление восстановленного НАД.. уменьшение в присутствии О2 АДФ и соответствующее увеличение АТФ ведут к подавлению анаэробного гликолиза. 24.Пентозный цикл. Совокупность большого количества обратимых реакций.Каждая- перенос2-3углеродного фрагмента с одного моносахарида на др.Между моносахаридами происходит взаимный обмен частями своих молекул.из пентозофосфатов,образуются моносахариды с разным числом углеродных атомов-триозы-фосфоглицериновый альдегид, тетрозы, гексозы, гептозы.Реакции неокислительного этапа катализируются ферментами трансальдолазами и транскетолазами. В состав кофермента транскетолаз входит витамин В1 (тиамин)
2НАДФ-ДГ-2НАДФН2
2НАДФ-ДГ-Гл-6-ф-рибозо-5-ф-пиримид.н-д-ДНК,РНК
Окислительный этап заключается в 2-х реакциях окисления гексозофосфата. Обе реакции не требуют участия кислорода.Н2 переносится на НАДФ.Затем отщепляется СО2.Образуется молекула пентозо-фосфата, НАДФН2 и молекула СО2.БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ:1.Происходит прямое окисление глюкозо-фосфата без участия кислорода.2.Этот этап является одним из главных источников НАДФН2 для клетки.Образуется этот НАДФН2 в цитоплазме, поэтому он не передает свой водород по системе митохондриального окисления на кислород и АТФ не образуется. Он отдает свой водород на синтез жирных кислот,холестерина и других стероидов,а также на монооксигеназные реакции 4.Образуются пентозы-строительным материалом для синтеза нуклеотидов,коферментов и некоторых других веществ.25.ГЛИКОНЕОГЕНЕЗ -образование углеводов из веществ,имеющих неуглеводное происхождение.
Некоторые промежуточные метаболиты могут образоваться из веществ других классов- аминокислот, липидов.Из пирувата синтезируется глюкоза(в печени)или гликоген(в печени и в мышцах).. Ключевым ферментом глюконеогенеза из пирувата является пируваткарбоксилаза.В состав его кофермента входит витамин Н-биотин. обычно малоактивен,но сильно активируется при небольшом накоплении АцКоА в цитоплазме. Гликолиз в мышцах. 1. ИНТЕНСИВНАЯ МЫШЕЧНАЯ РАБОТА.Резко падает АТФ и возрастает АДФ приводит к активации ферментов ЦТК цитратсинтазы и изоцитратдегидрогеназы.ЦТК работает интенсивнее,что приводит к снижению концентраций его начальных продуктов:Ацетил-КоА и цитрата. В итоге ацетил-КоА прекращает активировать ключевой фермент гликонеогенеза-пируваткарбоксилазу-синтез углеводов резко 2. ПЕРЕХОД ОТ ИНТЕНСИВНОЙ МЫШЕЧНОЙ РАБОТЫ К СОСТОЯНИЮ ПОКОЯ. Действуют всё те же механизмы, но в обратном направлении. Это приводит к уменьшению продукции АТФ
Пируват-ЩУК(пвткарбоксилаза)
Глюк+АТФ-гл-6ф+АДФ(гексокеназа)
Фр-6ф+АТФ-фр-1,6диф+АДФ
2пвт+4АТФ+2ГТФ+2НАДН2+4Н2О=глюк+4АДФ+2ГДФ+6Н3РО4+2НАД
26.ГОРМОНАЛЬНАЯ РЕГУЛЯЦИЯ УР,ГЛ,В КРОВИ. Гормоны делят на:1.Повышающие уровень глюкозы в крови;2.Понижающие уровень глюкозы в крови.: ИНСУЛИН.ГОРМОНЫ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ на энергетический метаболизм и ГОРМОНЫ КОСВЕННОГО ДЕЙСТВИЯ.Гормоны прямого действия.ИНСУЛИН.механизмы действия1.повышает проницаемость плазматических мембран для глюкозы.2снимает тормозящее действие глюкокортикостероидов на гексокиназу.3.На генетическом уровне стимулирует биосинтез ферментов метаболизма углеводов.4.в клетках жировой ткани ингибирует триглицеридлипазу.Регуляция секреции инсулина в кровь происходит с участием нейро-рефлекторных механизмов.В стенках кровеносных сосудов есть хеморецепторы, чувствительные к глюкозе. Повышение глюкозы в крови вызывает рефлекторную секркцию инсулина,глюкоза проникает в клетки и ее концентрация в крови снижается.Остальные гормоны вызывают повышение концентрации глюкозы в крови.
ГЛЮКАГОН.Относится к белково-пептидным гормонам.Обладает мембранным типом взаимодействия с клеткой-мишенью.Эффект оказывает через аденилатциклазную систему.1. Вызывает повышение активности гликоген-фосфорилазы.В результате ускоряется распад гликогена.2.Понижает активность гликоген-синтетазы,замедляя синтез гликогена.3.Активирует липазу в жировых депо.
АДРЕНАЛИН.Имеет рецепторы во многих тканях,а механизмы действия у него,как у глюкагона.1.Ускоряет распад гликогена.2.Замедляет синтез гликогена.3.Ускоряет липолиз.
ГЛЮКОКОРТИКОСТЕРОИДЫ Относятся к стероидным гормонам,обладают внутриклеточным типом взаимодействия с клеткой-мишенью.они взаимодействуют с клеточным рецептором и обладают эффектами:1.Ингибируют гексокиназу-замедляют утилизацию глюкозы. концентрация глюкозы в крови возрастает.2.обес